2018-2019學年高中物理 第十七章 波粒二象性 課時提升作業(yè)五 17.1-17.2 能量量子化 光的粒子性 新人教版選修3-5

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1、課時提升作業(yè) 五 能量量子化　光的粒子性 (15分鐘　50分) 一、選擇題(本題共5小題,每小題7分,共35分) 1.(多選)(2018·大慶高二檢測)下列說法正確的是(　　) A.愛因斯坦在光的粒子性的基礎上,建立了光電效應方程 B.康普頓效應表明光子只具有能量,不具有動量 C.黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關 D.光電效應現(xiàn)象說明光具有粒子性而康普頓效應現(xiàn)象說明光具有波動性 【解析】選A、C。愛因斯坦提出了光子假說,建立了光電效應方程,故A正確;康普頓效應表明光不僅具有能量,還具有動量,故B錯誤;根據(jù)黑體輻射規(guī)律:黑體輻射電磁波的強度,按波長的分布,

2、只與黑體的溫度有關,故C正確;光電效應與康普頓效應,揭示了光的粒子性的一面,故D錯誤。 2. (多選)(2018·周口高二檢測)如圖所示,電路中所有元件完好,當光照射到光電管上時,靈敏電流計中沒有電流通過,可能的原因是(　　) A.入射光強度較弱　　　　　　 B.入射光波長太長 C.電源正負極接反 D.光照射時間太短 【解析】選B、C。光電管能否產生光電效應與入射光的強度沒有關系,故A錯誤;若入射光波長太長,大于金屬的極限波長時,金屬不能產生光電效應,靈敏電流計中沒有電流通過,故B正確;電源正負極接反時,光電管加上反向電壓,光電子做減速運動,可能不能到達陽極,電路中不能形成

3、電流,故C正確;光電管能否產生光電效應與光照時間沒有關系,故D錯誤。故選B、C。 3.(2018·南陽高二檢測)兩束能量相同的色光,都垂直地照射到物體表面,第一束光在某段時間內打在物體上的光子數(shù)與第二束光在相同時間內打到物體表面的光子數(shù)之比為5∶4,則這兩束光的光子能量和波長之比分別為(　　) A.4∶5　4∶5 B.5∶4　4∶5 C.5∶4　5∶4 D.4∶5　5∶4 【解析】選D。兩束能量相同的色光,都垂直地照射到物體表面,在相同時間內打到物體表面的光子數(shù)之比為5∶4,根據(jù)E=NE0可得光子能量之比為4∶5,再根據(jù)E0=hν=h,光子能量與波長成反比,故光子波長之

4、比為5∶4。故選D。 4. (多選)(2018·武漢高二檢測)在某次光電效應實驗中,得到的遏止電壓Uc與入射光的頻率ν的關系如圖所示,若該直線的斜率和縱截距分別為k和-b,電子電荷量的絕對值為e,則(　　) A.普朗克常量可表示為 B.若更換材料再實驗,得到的圖線的k不改變,b改變 C.所用材料的逸出功可表示為eb D.b由入射光決定,與所用材料無關 【解析】選B、C。根據(jù)光電效應方程Ekm=hν-W0,以及Ekm=eUc得:Uc=-,圖線的斜率k=,解得普朗克常量h=ke,故A錯誤;縱軸截距的絕對值b=,解得逸出功W0=eb,故C正確;b等于逸出功與電荷電量的比值,而逸出功與

5、材料有關,則b與材料有關,故D錯誤;更換材料再實驗,由于逸出功變化,可知圖線的斜率不變,縱軸截距改變,故B正確。故選B、C。 5. (2018·泰州高二檢測)在光電效應實驗中,李飛同學用同一光電管在不同實驗條件下得到了三條光電流與電壓之間的關系曲線(甲光、乙光、丙光),如圖所示。則可判斷出(　　) A.甲光的頻率大于乙光的頻率 B.乙光的波長大于丙光的波長 C.乙光對應的截止頻率大于丙光的截止頻率 D.甲光的光照強度小于乙光的光照強度 【解析】選B。根據(jù)eUc=Ek=hν-W0,入射光的頻率越高,對應的遏止電壓Uc越大,甲光、乙光的遏止電壓相等,所以甲光、乙光的頻率相等,故A錯

6、誤;丙光的遏止電壓大于乙光的遏止電壓,所以丙光的頻率大于乙光的頻率,則乙光的波長大于丙光的波長,故B正確;同一種金屬,截止頻率是相同的,故C錯誤;甲的光電流比乙光大,因此甲光的光照強度大于乙光的光照強度,故D錯誤。故選B。 二、非選擇題(15分。需寫出規(guī)范的解題步驟) 6. (2018·石家莊高二檢測)如圖所示,一光電管的陰極用極限波長λ0=500nm的鈉制成。用波長λ=300nm的紫外線照射陰極,光電管陽極A和陰極K之間的電勢差U=2.1V,飽和光電流的值(當陰極K發(fā)射的電子全部到達陽極A時,電路中的電流達到最大值,稱為飽和光電流)I=0.56μA。 (1)求每秒鐘內由K極發(fā)射的光

7、電子數(shù)目。 (2)求電子到達A極時的最大動能。 (3)如果電勢差U不變,而照射光的強度增到原值的三倍,此時電子到達A極的最大動能是多大?(普朗克常量h=6.63×10-34J·s,結果均保留2位有效數(shù)字) 【解析】(1)設每秒內發(fā)射的電子數(shù)為n,則: n===3.5×1012(個)。 (2)由光電效應方程可知: Ekm=hν-W0=h-h=hc 在A、K間加電壓U時,電子到達陽極時的動能為Ek, Ek=Ekm+eU=hc+eU。 代入數(shù)值得:Ek=6.0×10-19J。 (3)根據(jù)光電效應規(guī)律,光電子的最大初動能與入射光的強度無關。如果電壓U不變,則電子到達A極的最大動能不

8、會變,仍為6.0×10-19J。 答案:(1)3.5×1012個　(2)6.0×10-19J (3)6.0×10-19J (25分鐘　50分) 一、選擇題(本題共4小題,每小題7分,共28分) 1.(2018·石家莊高二檢測)下列宏觀概念中,是量子化的有(　　) A.物體的質量　　　　　 B.彈簧振子的能量 C.汽車的個數(shù) D.衛(wèi)星繞地球運行的軌道 【解析】選C。汽車的個數(shù)的數(shù)值只能取正整數(shù),不能取分數(shù)或小數(shù),因而是不連續(xù)的,是量子化的,其他三個物理量的數(shù)值都可以取小數(shù)或分數(shù),甚至取無理數(shù)也可以,因而是連續(xù)的,非量子化的。故選C。 2.能正確解釋黑體輻射實驗規(guī)律

9、的是(　　) A.能量的連續(xù)經(jīng)典理論 B.普朗克提出的能量量子化理論 C.以上兩種理論體系任何一種都能解釋 D.牛頓提出的能量微粒說 【解析】選B。根據(jù)黑體輻射的實驗規(guī)律,隨著溫度的升高,一方面各種波長的輻射強度都有增加;另一方面,輻射強度的極大值向波長較短的方向移動,只能用普朗克提出的能量量子化理論才能得到較滿意的解釋,故B正確。 3.(多選)(2018·衡水高二檢測)美國物理學家密立根利用圖示的電路研究金屬的遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關系,描繪出圖乙中的圖象,由此算出普朗克常量h,電子電量用e表示,下列說法正確的是(　　) A.入射光的頻率增大,測遏止電壓時,應使滑動變

10、阻器的滑片P向M端移動 B.增大入射光的強度,光電子的最大初動能也增大 C.由Uc-ν圖象可知,這種金屬截止頻率為νc D.由Uc-ν圖象可求普朗克常量表達式為h= 【解析】選C、D。入射光的頻率增大,光電子的最大初動能增大,則遏止電壓增大,測遏止電壓時,應使滑動變阻器的滑片P向N端移動,故A錯誤;根據(jù)光電效應方程Ekm=hν-W0知,光電子的最大初動能與入射光的強度無關,故B錯誤;根據(jù)Ekm=hν-W0=eUc,解得Uc=-,圖線的斜率k==,則h=,當遏止電壓為零時,ν=νc,故C、D正確。故選C、D。 【總結提升】理解光電效應方程的兩點注意 (1)入射光的頻率增大,光電子的最

11、大初動能增大,遏止電壓增大。 (2)根據(jù)光電效應方程得出Uc-ν的關系式,通過關系式得出斜率、截距表示的含義。 4.(多選)(2018·太原高二檢測)如圖所示,兩平行金屬板A、B板間電壓恒為U,一束波長為λ的入射光射到金屬板B上,使B板發(fā)生了光電效應,已知該金屬板的逸出功為W,電子的質量為m,電荷量為e,已知普朗克常量為h,真空中光速為c,下列說法中正確的是(　　) A.入射光子的能量為h B.到達A板的光電子的最大動能為h-W+eU C.若增大兩板間電壓,B板沒有光電子逸出 D.若減小入射光的波長一定會有光電子逸出 【解析】選A、B、D。根據(jù)E=hν,而ν=,則光子的能量為

12、h,故A正確;光電子逸出的最大動能Ekm=h-W,根據(jù)動能定理,Ekm′-Ekm=eU,則到達A板的光電子的最大動能為Ekm′=h-W+eU,故B正確;若增大兩板間電壓,不會影響光電效應現(xiàn)象,仍有光電子逸出,故C錯誤;若減小入射光的波長,那么頻率增大,一定會有光電子逸出,故D正確。故選A、B、D。 【補償訓練】 (2018·玉溪高二檢測)關于光電效應的說法正確的是(　　) A.光電子的最大初動能與入射光頻率成正比 B.逸出功與入射光的頻率有關 C.某金屬在一束紫外光照射下發(fā)生光電效應,若改用一束強度更弱的紫外光照射,也一定會產生光電效應 D.在光電效應實驗中,若加大正向電壓,則飽和

13、光電流也增大 【解析】選C。根據(jù)光電效應方程Ekm=hν-W0知,光電子最大初動能與入射光的頻率成一次函數(shù)關系,不是成正比關系,故A不正確;逸出功由金屬本身決定,與入射光的頻率無關,故B不正確;能否發(fā)生光電效應與入射光的強度無關,由入射光的頻率決定,當入射光的頻率大于金屬的極限頻率,會發(fā)生光電效應,故C正確;加上正向電壓,光電流增大,但是飽和電流的大小與入射光的強度有關,與正向電壓無關。故選C。 二、非選擇題(本題共2小題,共22分。需寫出規(guī)范的解題步驟) 5.(10分)(2017·南昌高二檢測)如圖所示是用光照射某種金屬時逸出的光電子的最大初動能隨入射光頻率的變化圖線,普朗克常量h=6

14、.63×10-34J·s(直線與橫軸的交點坐標為4.31,與縱軸交點坐標為0.5)。由圖可知,斜率表示____________。該金屬的極限頻率為__________Hz,該金屬的逸出功為____________J,(結果保留三位有效數(shù)字)若用頻率為5.5×1014Hz的光照射該種金屬時,則對應的遏止電壓應為____________V。 【解題指南】解答本題時應理解以下兩點: (1)根據(jù)光電效應方程,初動能等于零時逸出功與極限頻率的關系W0=hν0。 (2)根據(jù)愛因斯坦光電效應方程Ek=hν-W0,Ek-ν圖象的斜率等于h。 (3)橫軸的截距大小等于截止頻率,逸出功W0=hν0,根據(jù)數(shù)

15、學知識進行求解。 【解析】根據(jù)愛因斯坦光電效應方程Ek=hν-W0,Ek-ν圖象的橫軸的截距大小等于截止頻率,由圖知該金屬的截止頻率為4.31×1014Hz。由Ek=hν-W0得,該圖線的斜率表示普朗克常量h,金屬的逸出功W0=hν0=6.63×10-34×4.31×1014J=2.86×10-19J;由圖象得,當入射光的頻率為ν=5.5×1014Hz時,最大初動能為Ekm=0.5eV。依據(jù)Uc=解得:Uc=0.5V。 答案:普朗克常量h　4.31×1014　2.86×10-19　0.5 6.(12分)(2018·太原高二檢測)鋁的逸出功W0=6.72×10-19J,現(xiàn)將波長λ=200nm的光照射鋁的表面。求: (1)光電子的最大初動能(普朗克常量h=6.63×10-34J·s)。 (2)若射出的具有最大初動能的光電子與一靜止的電子發(fā)生正碰,則碰撞中兩電子電勢能增加的最大值是多少?(均保留兩位有效數(shù)字) 【解析】(1)根據(jù)愛因斯坦光電效應方程得: 光電子的最大初動能為Ek=hν-W0; 且ν=,解得:Ek=3.2×10-19J (2)增加的電勢能來自系統(tǒng)損失的動能,發(fā)生完全非彈性碰撞時電勢能最大,由動量守恒mv0=2mv; 損失的動能:ΔEk=m-×2mv2=1.6×10-19J 答案:(1)3.2×10-19J　(2)1.6×10-19J 8